基于ContextCapture的小型物件傾斜攝影3D建模的研究

摘要：本文以柴油機調(diào)速器為例，主要介紹了Context Capture軟件在小型物件傾斜攝影建模中的應(yīng)用，并結(jié)合其他圖像處理軟件，在前期進行圖像處理，利用Meshmixer和Realitypaint在Context Capture建模后對模型進行后期優(yōu)化處理，使模型更加形象逼真，得到更貼近實物的3D模型。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;Context Capture;3D建模

中圖分類號：P231 ? 文獻標識碼：A ?文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0緒論

在工程應(yīng)用上，傳統(tǒng)的建模方法主要有兩種，一是采用3D建模軟件對其進行繪制，再經(jīng)過渲染得到模型;另一種是手工拍照，建立白膜，通過拍攝的紋理分析模型的細部結(jié)構(gòu)，將拍攝的紋理處理后貼在模型上，但這種方法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高、費時費力，制作的模型也不夠精確。相比較上述兩者，基于Contextcapture的傾斜攝影技術(shù)是國際攝影測量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，該技術(shù)通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理[1]。生產(chǎn)出的三維模型以其直觀、真實、形象、信息量完整等優(yōu)點，被越來越多地應(yīng)用于智慧城市建設(shè)、應(yīng)急救援、數(shù)字礦山、管線監(jiān)測等工程領(lǐng)域。

1軟件介紹

1.1 contextcapture軟件介紹

實景建模軟件ContextCapture是Bentley公司于2015年收購的法國Acute3D公司的產(chǎn)品，由S mart 3D Capture升級而來，它可以將現(xiàn)實物體轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娮幽Ｐ汀?，對簡單的連續(xù)圖像加以處理就可以構(gòu)建具有豐富側(cè)面紋理的三維模型。在ContextCapture軟件中進行實景三維自動建模需要的數(shù)據(jù)主要包括：輸入數(shù)據(jù)源（數(shù)碼照片）、POS 數(shù)據(jù)、傳感器屬性數(shù)據(jù)、位置參數(shù)、控制點數(shù)據(jù)等，其高自動化和智能化展現(xiàn)在無需人工干預(yù)，并在短時間內(nèi)生成高分辨率的三角格網(wǎng)模型，生成的三角格網(wǎng)模型具有準確的形態(tài)、精細的細節(jié)和真實的色澤，能夠很逼真地還原了建模的物體[2]。ContextCapture主要包括四個模塊：Master， ?Setting，Engine，Viewer等，幾個部分相當于不同的軟件，相互協(xié)調(diào)各有分工，形成了強大的建模系統(tǒng)。Master主要負責工程的建設(shè)管理。S etting是Master和Engine的介質(zhì)，用于設(shè)置一些數(shù)據(jù)，為Engine尋找工程路徑。Engine則是引擎端，master在制作生成產(chǎn)品使必須啟動Engine才能進行正常的運算工作。Viewe實際上則是三維模型的瀏覽器，用于對生成的產(chǎn)品進行瀏覽，生成的模型也可以在其它第三方軟件中打開并進行編輯，比如保存為obj格式即可在3Ds Max中打開模型。

1.2 Lightroom和LrTimelapes

Adobe Photoshop Lightroom是Adobe 研發(fā)的一款兼具圖像管理和后期處理等多重功能的圖像處理軟件，是當今數(shù)字拍攝工作流程中不可或缺的一款軟件。具有極強大的校正工具和組織功能以及靈活的打印選項，有與PS Camera Raw類似的圖片處理功能，且強大的管理功能可以幫助拍攝者加快圖片后期處理速度，大大提高圖像批量處理的效率。

LRTimelapse一款專業(yè)的延遲攝影編輯渲染軟件，可以做到平衡曝光不一致，去除閃爍，關(guān)鍵幀參數(shù)自動過渡等功能，可以搭配 Adobe Lightroom等程序來使用。

當前期拍攝環(huán)境不佳導(dǎo)致傾斜攝影得到的圖像曝光不均、色溫、色調(diào)不統(tǒng)一而影響ContextCapture制作3D模型時，可以將LR和LRT配合使用，能夠得到色調(diào)統(tǒng)一，曝光、顏色均相對一致的一組圖像，使得后期模型制作的質(zhì)量大大提高。

1.3 Meshmixer和Realitypaint

Meshmixer是一款能夠幫助我們的用戶輕松進行CAD 3D建模的工具，軟件能夠完美的導(dǎo)入、編輯、修改和繪制各種3D模型，軟件的使用也非常簡單，通過混合現(xiàn)有的網(wǎng)格，用戶就能夠輕松的創(chuàng)建3D模型，它簡化了創(chuàng)建步驟，Meshmixer中文版是一款由Auto CAD的開發(fā)公司Autodesk開發(fā)的，Meshmixer中文版還有多種多樣的功能，比如3D雕刻和表面沖壓，自動打印床定向優(yōu)化，布局和包裝等等，是非常強大的一款3D建模工具。

Realitypaint是一款來自國外的繪畫變形設(shè)計軟件，可以對模型貼圖進行適當修改，以提高模型質(zhì)量。

2操作流程

操作流程如圖1所示。

模型的質(zhì)量好壞很大程度上取決于拍攝質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的前期拍攝能夠很大程度上減少后期工作量，而拍攝質(zhì)量主要由圖片的像素和重疊率決定。所以，在圖片采集時應(yīng)使用RAW格式，這樣圖像的后期調(diào)整空間就會更大，并且在拍攝時盡量采用多重疊加環(huán)繞的方式，盡可能多的采集圖像，通常要保證每相鄰兩張具圖片有80%以上的重疊率，如圖2中黃色的圖標就是相機機位。若出現(xiàn)受拍攝條件影響到時曝光不均等現(xiàn)象，則可以將所得到的圖像批量導(dǎo)入LrTimlapse中進行去閃處理后，用 LR打開之前在LrTimlapse中處理過的圖片，并讀取元數(shù)據(jù)，得到了曝光基本一致的圖像，這里也可以利用Lr強大的處理功能對圖像曝光、色溫、色調(diào)、高光、陰影等參數(shù)進行調(diào)整，使得生成后的模型效果更佳，然后將圖片導(dǎo)出為jpg格式;將導(dǎo)出的圖片加載到ContextCapture中，進行空中三角運算讓無序的圖片影像在三維空間中相互對齊，并構(gòu)建與真實狀態(tài)下相接近的統(tǒng)一的空間模型[3]，在進行空中三角運算后可在Master中進行初步的預(yù)覽，確定沒有修改的數(shù)據(jù)則可以進行3D模型的生產(chǎn)，這里我們通常選用obj格式的模型進行生產(chǎn)。模型生成后可在Master中查看，也可用Viewer或第三方軟件，如3Ds Max等軟件打開進行瀏覽。然后再利用Meshimixer和Realitypaint等第三方軟件進行結(jié)構(gòu)、貼圖的修復(fù)和優(yōu)化處理得到更為精細的模型。

3模型的優(yōu)化處理

模型制作好后，打開模型如圖3所示，分別為實物3D圖、白模圖和網(wǎng)格圖?？梢园l(fā)現(xiàn)模型表面有孔洞，部分連接處有明顯的變形，模型表面也不夠平整，又很明顯的缺陷，因此要將其導(dǎo)入第三方軟件進行后期的修復(fù)處理，得到更加精細的模型。

首先在Context Capture里將其生成可修改的產(chǎn)品，然后導(dǎo)入Meshmixer，對表面的孔洞進行自動檢查并填補，如下圖4也可使用手動的方式對需要修補的部分進行填補。而后將修飾后的模型其重新導(dǎo)入Context Capture，在reconstruction里重新提交后進行生產(chǎn)。此時我們打開重新生產(chǎn)好的模型發(fā)現(xiàn)，模型表面的孔洞已經(jīng)處理平整，但并沒有對修改過后的部位進行貼圖，如圖5所示，這里我們需要另一個軟件對它表面的貼圖進行修復(fù)處理。

打開Realitypaint，利用克隆工具對沒有貼圖的部位進行填補，將處理好的模型導(dǎo)出，并覆蓋掉之原有的obj文件，此時打開Context Capture對修改后的模型進行重建，便得到圖6。

通過對比兩個模型可以發(fā)現(xiàn)利用Meshmixer和Realitypaint處理后的模型表面孔洞已完全消失，表面也更加光滑自然，與實物更加貼近。

4結(jié)語

本文闡述了小型物件利用傾斜攝影技術(shù)進行建模的前期圖像處理及后期模型優(yōu)化處理的技術(shù)，利用該技術(shù)，使得生產(chǎn)出的模型具有很強的可塑性，大大提高了3D建模的質(zhì)量，為日后大型設(shè)備或虛擬場景的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。傾斜攝影無論是在教學(xué)科研和工程應(yīng)用領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用，且隨著該技術(shù)日趨成熟，不斷發(fā)展，未來會有更廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]李安福，曾政祥，吳曉明.淺析國內(nèi)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展[J].測繪與空間地理信息，2014，37（9）：57-59+62.

[2]王爾君，楊雯彥，林雅麗，等.基于無人機航攝影像的Context Capture Center三維建模與應(yīng)用[J].江西測繪，2019（2）：62-64.

[3]錢磊，張文超.基于Smart3D的小物件三維建模技術(shù)及應(yīng)用[J].河南科技，2018（28）：14-16.

收稿日期：2020-03-06

作者簡介：趙子昂（1992—），男，遼寧朝陽人，碩士，研究方向：狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷。